Gli effetti di filler non convenzionali sulle prestazioni di materiali bituminosi per pavimentazioni stradali

The possibility of employment of recyclable materials inside asphalt concretes for bituminous road and airport constructions is now part of the international technical-scientific culture. It is taken for granted the use of residuals originated from steel production and waste to energy plants as aggregates for asphalt concretes. The present research sets the objective of inspecting, instead, the influence of residuals originated from steel production (white dross) and Stabilised Bottom Ashes (black dross) as fillers (and not as aggregates) inside bituminous mastics, obtained from the mixture of filler and bitumen, in appropriate relationship, which are the matrix that tie aggregates of an asphalt concrete. Therefore they are extremely important in achieving proper roads and airports pavements. The experimentation aimed at the performance characterisation of three types of mastics (with calcareous filler, black and white drosses), and the respective bituminous mixtures, with a suitable amount of aggregates. The performance characterisation concerning mastics took place through traditional tests of empirical nature (penetration and softening point) and dynamic-mechanical compressions, at the fixed frequency of 1Hz and at a progressively increasing temperature from -20°C to 60°C, which is the thermal interval in which these materials are normally employed. The elaboration of the obtained outcomes led to the definition of a trend for the dynamic stiffness as a function of the temperature for all the materials examined. The performance characterisation for concretes is achieved thanks to modulus tests, which allow to determine the “elastic response” of the material, when undergoing impulsive load (tenths of a second) in response to small strains (few microns). The following step consists of determining the Stiffness Modulus for each asphalt concrete mixture, at the temperatures of 5°C, 20°C and 40°C and the frequencies of 4Hz, 2Hz, 1Hz and 0,5Hz. These tests highlighted a good response from the material with alternative fillers, always obtaining higher or anyway comparable stiffness moduli to those obtained with traditional fillers. Moreover, the results from tests on bituminous mastics confirmed the remarks made about asphalt concretes. Significant is the effect of the shape of recyclable fillers’ particles, related to the results of modulus tests; indeed, the two alternative fillers were obtained with “homemade” procedures and this might have influenced the shape of the particles in different ways, which might have then involved changes of the mixtures behaviour. The final elaboration consists in the creation of an overall diagram putting both mastics and asphalt concretes stiffnesses together. This proved a relationship between the two stiffnesses; this means that, with some elaboration, it is possible to compare different usable fillers, even just analysing only mastics, leaving to more in-depth analysis those on asphalt concretes.

Fa ormai parte della cultura tecnico-scientifica internazionale la possibilità di utilizzo di materiali di recupero all’interno di conglomerati bituminosi per usi stradali e aeroportuali. È infatti assodato l’utilizzo di scorie d’altoforno e scorie da inceneritore come aggregati per conglomerati bituminosi. La presente ricerca si inserisce in questo contesto con l’obiettivo di indagare, invece, l’influenza delle scorie (bianche e nere ) come filler (e non come aggregati) all’interno di mastici bituminosi, ottenuti dalla miscelazione di filler e bitume in opportune proporzioni, costituenti la matrice che tiene insieme gli aggregati di un conglomerato bituminoso e pertanto estremamente importanti per la buona riuscita in opera delle pavimentazioni stradali e aeroportuali. La sperimentazione è stata finalizzata alla caratterizzazione prestazionale di tre tipologie di mastici (con filler calcareo, scorie bianche e scorie nere), e delle rispettive miscele di conglomerato bituminoso, con opportuno dosaggio di aggregati. La caratterizzazione prestazionale dei mastici è avvenuta mediante l’esecuzione di prove dinamico-meccaniche di compressione, alla frequenza fissata di 1Hz e a una temperatura progressivamente crescente dai -20°C ai 60°C, intervallo termico all’interno del quale questi materiali trovano normalmente utilizzo. L’elaborazione dei risultati ottenuti ha portato alla definizione dell’andamento della rigidezza dinamica in funzione della temperatura per tutti i materiali oggetto di indagine. La caratterizzazione prestazione dei conglomerati è ottenuta grazie alle prove di modulo, che consentono di determinare la “risposta elastica” del materiale sottoposto a un carico impulsivo (decimi di secondo) in regime di piccole deformazioni (pochi micron). Si determina quindi il modulo di rigidezza, Stiffness Modulus, di ogni miscela di conglomerato bituminoso, per le temperature di 5°C, 20°C e 40°C e le frequenze di 4Hz, 2 Hz, 1Hz e 0,5 Hz. Queste prove hanno evidenziato una buona risposta del materiale con l’utilizzo di filler alternativo, avendo sempre ottenuto moduli di rigidezza superiori o comunque comparabili con quelli ottenuti con filler tradizionale. Si può inoltre affermare che le considerazioni svolte sui conglomerati bituminose vengono confermate dai risultati delle prove sui mastici. Da valutare l’incidenza della forma delle particelle di filler di recupero, in relazione ai risultati ottenuti dalle prove di modulo; si noti, infatti, che i due filler alternativi sono stati ottenuti con procedimenti “casalinghi” e questo potrebbe aver avuto diversi tipi di influenza nella forma delle particelle, che potrebbero poi aver comportato modifiche ne comportamento delle miscele. L’elaborazione finale consiste nella costruzione di un grafico complessivo unendo entrambe le rigidezze ottenute dai mastici e dai conglomerati bituminosi. Si è quindi dimostrata una correlazione tra le due rigidezze; questo significa che, con qualche elaborazione, è possibile confrontare diversi filler utilizzabili, anche solamente eseguendo analisi sui mastici, lasciando solo ad analisi più approfondite quelle su eventuali conglomerati.